WO2010140412A1 - 摺動摩擦材 - Google Patents

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WO2010140412A1
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sliding
friction material
sliding friction
contact
initial
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智哉 高田
貴之 三個
誠 須田
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田中精密工業株式会社
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    • F16D69/02—Composition of linings ; Methods of manufacturing
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    • F16D69/026—Compositions based on an organic binder containing fibres
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D2069/004—Profiled friction surfaces, e.g. grooves, dimples

Definitions

  • the present invention relates to a sliding friction material having improved wear resistance and adhesion resistance without impairing friction performance in the sliding friction material.
  • the synchronizer ring improved in the stick resistance of the friction material for the synchronizer ring (the degree of sticking to the mating gear having a conical sliding surface in the region where the relative rotational speed is almost zero). It relates to a friction material.
  • the sliding friction material is in sliding contact with the sliding counterpart material and absorbs the relative speed with the sliding counterpart material by the frictional force, and is used for vehicle brake pads, clutch disks, synchronizer rings and the like.
  • weight reduction has also been required to reduce fuel consumption, and miniaturization of components has been progressing.
  • not only reliable operability but also good operating characteristics are required even if the size is reduced, so that a sliding friction material having a high dynamic friction coefficient is required.
  • various combinations of friction material components have been devised, and a sliding friction material having a high dynamic friction coefficient has been developed.
  • thermosetting resin is used as a binder and a carbon material, a metal material, an inorganic material, or the like is blended in the friction material layer (see Patent Documents 1 and 2).
  • a friction material for a synchronizer ring a high-purity carbon-based material (petroleum coke or pitch coke) mainly having a low ash content is blended in a necessary amount in a friction material layer, and high friction and high Means for obtaining durability are described.
  • an object of the present invention is to provide a sliding friction material having excellent friction performance and wear resistance as well as excellent sticking resistance.
  • the present inventors diligently studied to solve the above problems. As a result, at the beginning of use, the sliding surface with the sliding mating member contacts the sliding mating material only at a part of the total sliding area, and the sliding mating material contacts during the initial familiarization period. It was found that the sticking resistance during the initial running-in period was improved without deteriorating the frictional performance and wear resistance by making the shape such that the area increased to the full contact with time. Based on this finding, the present inventors have made further studies and completed the present invention.
  • the present invention is [1] Of the sliding surface with the sliding partner material, it contacts only with a part of the sliding surface of the sliding partner material at the start of use, and the contact area with the sliding partner material during the initial familiarization period.
  • Sliding friction material characterized in that increases over time until it reaches full contact
  • a relative angle of the sliding surface of the sliding friction material with respect to the sliding surface of the sliding counterpart material before the initial conforming period is 1 to 40 minutes.
  • Dynamic friction material [3] The height of the sliding surface of the sliding friction material that first comes into contact with the sliding partner material before the initial conforming period is lower than the lowest sliding surface among all the sliding surfaces of the sliding friction material.
  • the sliding friction material includes, as a component, carbon material 30 to 80 wt%, inorganic fibers or inorganic particles 5 to 40 wt%, and optionally metal fibers or metal particles 5 to 40 wt% with respect to the entire sliding friction material component.
  • the axial width of the land including the first contact portion with the sliding surface of the sliding counterpart of the sliding friction material is 0.1 to 1.0 mm, more preferably 0.1 to 0.7 mm.
  • the relative angle of the sliding surface of the sliding friction material with respect to the sliding surface of the sliding mating member before the initial conforming period is 1 to 20 minutes.
  • Grooves in the circumferential direction are formed on the surface of the dynamic friction material, and the axial width of the land including the first contact portion with the sliding surface of the sliding counterpart of the sliding friction material is 0.1 to 0.7 mm.
  • the sliding friction material contains 5 to 40 wt% of phenol resin as a component with respect to the entire sliding friction material component, and further contains 30 to 80 wt% of carbon material and 5 to 40 wt% of inorganic fibers or inorganic particles with respect to the entire sliding friction material component.
  • a sliding friction material for a synchronizer ring comprising 5 to 40 wt% of particles, the total amount of which is 100 wt% or less than 100 wt% with respect to the entire sliding friction material component, and [10] the sliding friction material
  • the axial width of the land including the portion that first contacts the sliding surface of the sliding mating member is equal to the land other than the land including the portion that first contacts the sliding surface of the sliding mating material of the sliding friction material.
  • the sliding friction material of the present invention is characterized by excellent friction performance and wear resistance, as well as excellent sticking resistance.
  • FIG. 1 shows the synchronizer ring of the present invention.
  • the synchronizer ring 1 includes a base material 2 made of brass or the like and a friction material 3 provided on the inner peripheral surface thereof. Further, the friction material 3 is preferably formed with an oil groove 4 in the circumferential direction and further with a longitudinal groove 6 in the axial direction in order to make the oil flow smooth.
  • FIG. 2 shows the contact between the friction material 3 of the synchronizer ring and the sliding counterpart material 7.
  • the synchronizer ring and the sliding counterpart material rotate coaxially around the rotary shaft 8 at different peripheral speeds, and the sliding counterpart material 7 is inserted into the synchronizer ring and pressed against the friction material 3 at the time of shifting. In contact with each other until their peripheral speeds are equal.
  • the sliding friction material of the present invention is characterized in that at the start of use, only a part of the entire sliding surface between the friction material 3 and the sliding counterpart material 7 is in contact. Thereafter, the period until the contact area with the sliding mating member reaches full contact with the passage of time is referred to as the initial familiarity period. Since only a part of the entire sliding surface is in contact at the start of use, the sticking resistance is improved during the initial familiarization period, and the entire surface comes into contact with the passage of time, that is, the entire surface of the plurality of sliding surfaces 5. Since the contact area increases until contact is made, the reduction in frictional performance and wear resistance can be suppressed.
  • full contact refers to a state where all the sliding surfaces recognized as functional in design contact.
  • the chamfered portion of the end portion is not in contact with the sliding counterpart material, but all surfaces that function as the sliding friction surface are in contact with the sliding counterpart material, and are in full contact.
  • the state in which only a part of the entire sliding surface is in contact is a state in which only a part of the sliding surface, which is recognized as functionally necessary, is in contact.
  • the sliding surfaces necessary for the function are all the sliding surfaces 5.
  • only the initial sliding surface 5 ′ or the initial sliding surface 5 ′ of the sliding surface 5 and the periphery thereof are in contact, and only a part of the entire sliding surface is in contact. State.
  • the periphery of the initial sliding surface 5 ′ refers to a sliding surface adjacent to the initial sliding surface 5 ′, a sliding surface adjacent to the sliding surface, and the like.
  • “part” in the above is usually in the range of about 1 to 20% of the entire sliding surface.
  • the period until full contact is preferably 98% or more with respect to the maximum value of the coefficient of dynamic friction in a section in which the load is arbitrarily repeated 10 times under an arbitrary sliding load condition from the start of use. This is the period until.
  • FIG. 3 shows a structure in which a relative taper angle ⁇ is provided between the friction material 3 and the sliding counterpart material 7. That is, the sliding surface 5 of the friction material 3 and the outer peripheral surface of the sliding mating material 7 are each formed in a conical surface centered on the rotating shaft 8, but the taper angle of the both conical surfaces with respect to the rotating shaft 8 is , The relative taper angle ⁇ is different.
  • a part of the initial sliding surfaces 5 ′ or the initial sliding surfaces 5 ′ out of the plurality of sliding surfaces 5 and the periphery thereof are contacted.
  • ⁇ represents an angle that opens toward the large end face, but conversely, an angle that opens toward the small end face may be used.
  • FIG. 4 shows that the height of the initial sliding surface 5 ′ including the portion that comes into contact first in each operation among the sliding surfaces with the sliding partner material is relatively higher than the other sliding surfaces 5. It is what. Here, the height of the sliding surface 5 and the initial sliding surface 5 ′ is the height with respect to the outer peripheral surface of the facing sliding member 7. For example, when the base surface 3 ′ of the friction material 3 is formed in parallel with the outer peripheral surface of the sliding counterpart material 7, it refers to the height from the base surface 3 ′. As shown in FIG. 4, when only the initial sliding surface 5 ′ is relatively higher than the other sliding surfaces, only the initial sliding surface 5 ′ is in contact with the sliding mating member 7 during the initial familiarization period.
  • the contact between the friction material 3 and the sliding mating material 7 can be partially restricted during the initial running-in period. If the difference ⁇ H in height between the initial sliding surface 5 ′ and the lowest sliding surface 5 among all the sliding surfaces is at least 0.01 mm or more, the sticking resistance during the initial running-in period is improved. Moreover, as shown in FIG.5 and FIG.6, the thing from which the height of the contact part which contacts initially changes continuously to an axial direction may be sufficient. In this case, only the initial sliding surface 5 ′ or the initial sliding surface 5 ′ and the periphery thereof are in contact with the sliding mating member 7 during the initial running-in period. Note that, at the start of use, the method of partially restricting contact during each operation is not limited to the above example.
  • the contact between the friction material 3 and the sliding partner material 7 can be partially restricted at the start of use.
  • the wear resistance is lowered, and when it exceeds 1.0 mm, the initial familiarity period is reached.
  • Sticking resistance decreases.
  • a more preferable value for improving the sticking resistance is 0.7 mm or less.
  • a land here is a convex part which arises relatively by formation of an oil groove, or a part which is raised in a convex shape in all sliding surfaces.
  • the axial width of the land of the initial sliding surface 5 ′ is preferably narrower than the axial width of the lands of the other sliding surfaces 5.
  • the components of the friction material 3 have the following characteristics, respectively, from known techniques.
  • the phenolic resin serves as a binder for each component of the friction material and increases the rigidity of the friction material. When the phenol resin is less than 5 wt%, the rigidity of the friction material is lowered. If it exceeds 40 wt%, the dynamic friction coefficient of the friction material cannot be increased.
  • the carbon material is excellent in heat resistance and improves the heat resistance of the friction material. When the carbon material is less than 30 wt%, the heat resistance of the friction material is lowered, and when it exceeds 80 wt%, the rigidity of the friction material is lowered. Inorganic fibers and inorganic particles reinforce the phenolic resin as a binder.
  • the inorganic fiber or inorganic particle is less than 5 wt%, the inorganic fiber or inorganic particle cannot reinforce the phenol resin. If it exceeds 40 wt%, the flexibility of the friction material is impaired, and the friction material layer slidably reduces the mating member. Metal fibers and metal particles prevent the dynamic friction coefficient of the friction material from being reduced by braking frictional heat. When the metal fiber or metal particle is less than 5 wt%, the dynamic friction coefficient of the friction material becomes small. If it exceeds 40 wt%, the synchronizer ring may adhere to the mating member.
  • the synchronizer ring 1 includes a base material 2 made of brass or the like and a friction material 3 provided on the inner peripheral surface thereof.
  • the base material 2 is formed by rough forming the ring-shaped material of the above-described material by hot forging, and further forming it into a desired shape by machining.
  • the friction material is a mixture of 15 wt% phenol resin, 65 wt% calcine coke as a carbon material, and 20 wt% wollastonite as an inorganic fiber, and this mixture is brought into contact with the inner peripheral surface of the base material 2 previously coated with an adhesive and fired.
  • the inner peripheral surface of the ring-shaped structure that has been previously treated with blast or the like is washed with alcohol or the like, and then a thermosetting type adhesive typified by a phenol resin or an epoxy resin is applied.
  • a thermosetting type adhesive typified by a phenol resin or an epoxy resin is applied.
  • the ring-shaped structure is put into a thermostatic bath or the like and held in an atmosphere at 70 to 120 ° C. for 10 to 30 minutes to dry the adhesive.
  • the ring-shaped structure is incorporated into the lower mold of the molding die, and then a friction material is put into a cavity formed by the inner peripheral surface of the ring-shaped structure and the outer peripheral surface of the core.
  • the friction material is compressed by an upper punch with a generally known hydraulic press or the like, and temporary molding is performed at a mold temperature within 50 ° C. from room temperature.
  • the molding die is placed on a heating plate of a generally known direct pressure molding machine set in advance at 180 to 300 ° C., and baked (heating / pressing molding) for 5 to 30 minutes to form a ring shape.
  • the structure and the friction material layer are integrally formed.
  • the fired friction material is machined as shown in the sectional view of FIG.
  • the taper angle with respect to the axis of the sliding surface is 7 ° + ⁇ .
  • ⁇ is a relative taper angle between the friction material 3 and the counter gear conical portion 7 which is a sliding counter material.
  • a plurality of oil grooves are formed in the circumferential direction, and vertical grooves 6 as shown in FIG. 1 are also formed.
  • Synchronizer for taper mating member (name: gear cone, material: SCM420, heat treatment: carburizing quenching / tempering, taper surface: grinding) set to 0.001 kgf ⁇ m ⁇ sec 2 and rotating at a differential speed of 500 rpm
  • the stick torque means that the synchronizer ring 1 is affixed to the tapered mating member at the moment when the taper mating member is started up to the preset differential rpm after absorbing and synchronizing the differential rpm. It means the torque that releases the applied force.
  • FIGS. 7 and 8 show the relationship between the axial width (small end land width) of the land existing on the smallest end face side and the initial stick torque, and the relationship between the relative taper angle ⁇ and the initial stick torque, respectively.
  • the land is a convex portion that is relatively generated by the formation of the oil groove, and in this embodiment, the small end land width is the contact width in the axial direction of the land including the contact portion that first contacts the sliding counterpart material. It becomes.
  • the initial stick torque decreases as the small-end land width becomes narrower.
  • the initial stick torque reduction amount is large at 1 mm or less, and the effect becomes more remarkable at 0.7 mm or less. Also, as shown in FIG. 8, the initial stick torque decreases as the relative taper angle ⁇ increases, and the effect is particularly great at 1 minute or more.
  • the friction performance was evaluated by a synchro unit performance test in an inertia absorption type test mode.
  • This synchro unit performance test uses a synchro unit tester, and the mission weight (oil type: Honda MTF-III) with an oil temperature of 80 ° C. in a lubricating environment with an oil amount of 80 ml / min.
  • Synchronizer ring for tapered mating member (name: gear cone, material: SCM420, heat treatment: carburizing quenching / tempering, taper surface: grinding) set to 002kgf ⁇ m ⁇ sec 2 and rotating at a differential speed of 1500rpm
  • the average dynamic friction coefficient was evaluated based on an average value of the dynamic friction coefficients while absorbing and synchronizing the differential rotation speed.
  • 9 and 10 show the relationship between the small end land width and the average dynamic friction coefficient, and the relationship between the relative taper angle ⁇ and the average dynamic friction coefficient, respectively. As shown in FIG. 9, even if the small end land width changes, the average dynamic friction coefficient hardly changes. Further, when the relative taper angle ⁇ is increased, the average dynamic friction coefficient slightly decreases, but no significant decrease is observed.
  • the abrasion resistance was evaluated by a synchro unit durability test in an inertia absorption type test mode.
  • This synchro unit durability test uses a synchro unit tester, and mission oil (oil type: Honda MTF-III) with an oil temperature of 80 ° C. is used in a lubrication environment with an oil amount of 80 ml / min.
  • Synchronizer ring for tapered mating member (name: gear cone, material: SCM420, heat treatment: carburizing quenching / tempering, taper surface: grinding) set at 003 kgf ⁇ m ⁇ sec 2 and rotating at a differential speed of 2500 rpm This is a test for measuring the wear amount when No.
  • FIGS. 11 and 12 show the relationship between the small end land width and the wear amount, and the relationship between the relative taper angle ⁇ and the wear amount, respectively.
  • the wear amount is increased.
  • the width is less than 0.1 mm
  • the wear amount is rapidly increased.
  • the relative taper angle ⁇ increases, the amount of wear increases, and particularly when it exceeds 40 minutes, the amount of wear increases rapidly.
  • the sliding friction material according to the present invention is useful as a sliding friction material excellent in friction performance, wear resistance, and sticking resistance.

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Abstract

　小型軽量化を実現するために、高い動摩擦係数を狙った摩擦材が開発されてきている。しかし、動摩擦係数を上げると、特に使用初期段階における初期なじみ期間で、摺動相手材との貼付きを招き、動作時のフィーリングの悪化を招くことがある。そのため、高動摩擦係数の摩擦材は、その使用を制限されることがあった。摺動相手材との貼付きは初期なじみ期間を経た後は起こりにくくなるため、初期なじみ期間中に貼付きを起こりにくくする形状を開発した。摩擦材３と摺動相手材７との摺動面５のうち、初期なじみ期間においては、初期摺動面５'または初期摺動面５'およびその周辺のみで接触し、摺動相手材との接触面積が時間の経過と共に全面接触、すなわち摺動面５全面での接触に至るまで増加するようにする。上記構成により、優れた摩擦性能、耐摩耗性と、耐貼付き性を兼ね備えた摩擦材を提供することができる。

Description

摺動摩擦材
　本発明は、摺動摩擦材における、耐摩耗性および、摩擦性能を損ねることなく耐貼付き性を改良した摺動摩擦材に関する。
　特に、シンクロナイザーリング用摩擦材の、耐スティック性（相対回転数が限りなくゼロに近い領域において、円錐摺動面を有する相手歯車への貼付き性の抑制度合）において改良されたシンクロナイザーリング用摩擦材に関する。
　摺動摩擦材は、摺動相手材と摺動接触し、摩擦力により摺動相手材との相対速度を吸収するもので、車両用のブレーキパッド、クラッチディスク、シンクロナイザーリングなどに用いられる。
　近年、エンジンやミッションの高性能化が進む一方、低燃費化のために軽量化も併せて要求されるようになり、構成部品の小型化が進んでいる。これに伴い、確実な作動性はもとより、小型化されても良好な動作特性が求められていることから、摺動摩擦材においては高い動摩擦係数を有するものが要求されている。
　摺動摩擦材の摩擦特性を向上させるために、様々な摩擦材成分の組合せが考案されており、高い動摩擦係数を有する摺動摩擦材が開発されてきた。例えば、熱硬化性樹脂をバインダー剤とし、その摩擦材層中に炭素系材料、金属系材料、無機系材料等を配合させることはすでに知られている（特許文献１、２参照）。これらの特許文献には、シンクロナイザーリング用の摩擦材として、主として灰分含量の低い高純度な炭素系材料（石油コークスやピッチコークス）を摩擦材層中に必要量配合させ、高摩擦性、高耐久性を得る手段が記載されている。
国際公開ＷＯ２００４／１０９１３８号パンフレット 特開平０９－２２１５５３号公報
　上記の特許公報をはじめ、高い動摩擦係数を狙った材料成分の組み合わせが多く報告されている。しかし、高い動摩擦係数を狙った材料成分の組み合わせはその高い摺動抵抗から、特に使用初期段階における初期なじみ期間の間、摺動相手材との貼付きを招き、動作時のフィーリングの悪化を招くという問題点があった。そのため、高動摩擦係数の摩擦材は、その使用を制限されることがあった。
　したがって、本発明は優れた摩擦性能、耐摩耗性と共に、優れた耐貼付き性を兼ね備えた摺動摩擦材を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した。その結果、摺動相手材との摺動面において、使用開始時には、全摺動面積のうちの一部でのみで摺動相手材と接触し、初期なじみ期間においては摺動相手材との接触面積が、時間の経過と共に全面接触に至るまで増加するような形状にすることにより、摩擦性能や耐摩耗性を損ねることなく、初期なじみ期間の耐貼付き性が向上することを知見した。本発明者らは、この知見に基づきさらに種々検討を重ねて本発明を完成するに至った。
　すなわち、本発明は
 [１]摺動相手材との摺動面のうち、使用開始時に摺動相手材の摺動面と一部分のみで接触し、初期なじみ期間に摺動相手材との接触面積が時間の経過と共に全面接触に至るまで増加することを特徴とする摺動摩擦材、
 [２]初期なじみ期間前の前記摺動相手材の摺動面に対する前記摺動摩擦材の摺動面の相対的な角度が１～４０分であることを特徴とする請求項１に記載の摺動摩擦材、
 [３]初期なじみ期間前の前記摺動相手材と最初に接触する前記摺動摩擦材の摺動面の高さが、前記摺動摩擦材の全摺動面のうち最も低い摺動面よりも０．０１ｍｍ以上高いことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の摺動摩擦材、
 [４]前記摺動摩擦材表面に溝が形成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の摺動摩擦材、
 [５]前記摺動摩擦材が成分として、摺動摩擦材成分全体に対してフェノール樹脂５～４０ｗｔ％を含むことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の摺動摩擦材、
 [６]前記摺動摩擦材が成分として、さらに摺動摩擦材成分全体に対して炭素材３０～８０ｗｔ％、無機繊維または無機粒子５～４０ｗｔ％、および所望により金属繊維または金属粒子５～４０ｗｔ％を含み、これらの合計量が摺動摩擦材成分全体に対して１００ｗｔ％または１００ｗｔ％未満であることを特徴とする請求項５に記載の摺動摩擦材、
 [７]前記摺動摩擦材がシンクロナイザーリング用摩擦材であることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の摺動摩擦材、
 [８]前記摺動摩擦材の摺動相手材の摺動面と初めに接触する部位を含むランドの軸方向幅が０．１～１．０ｍｍ、より好ましくは０．１～０．７ｍｍであることを特徴とする請求項7に記載の摺動摩擦材、
 [９]摺動相手材との摺動面のうち、使用開始時に摺動相手材の摺動面と一部分のみで接触し、摺動相手材との接触面積が時間の経過と共に全面接触に至るまで増加するシンクロナイザーリング用摺動摩擦材において、初期なじみ期間前の前記摺動相手材の摺動面に対する前記摺動摩擦材の摺動面の相対的な角度が１～２０分であり、前記摺動摩擦材表面に周方向の溝が形成されており、前記摺動摩擦材の摺動相手材の摺動面と初めに接触する部位を含むランドの軸方向幅が０．１～０．７ｍｍであり、前記摺動摩擦材が成分として、摺動摩擦材成分全体に対してフェノール樹脂５～４０ｗｔ％を含み、さらに摺動摩擦材成分全体に対して炭素材３０～８０ｗｔ％、無機繊維または無機粒子５～４０ｗｔ％、および所望により金属繊維または金属粒子５～４０ｗｔ％を含み、これらの合計量が摺動摩擦材成分全体に対して１００ｗｔ％または１００ｗｔ％未満であることを特徴とするシンクロナイザーリング用摺動摩擦材、及び
 [１０]前記摺動摩擦材の摺動相手材の摺動面と初めに接触する部位を含むランドの軸方向幅が、前記摺動摩擦材の摺動相手材の摺動面と初めに接触する部位を含むランド以外のランドの軸方向幅より狭いことを特徴とする請求項９に記載の摺動摩擦材
に関する。
　本発明の摺動摩擦材は、摩擦性能および耐摩耗性に優れていると共に、耐貼付き性にも優れているという特徴を有する。
シンクロナイザーリングの軸方向断面図 シンクロナイザーリングと相手歯車円錐部の接触の様子 摩擦材と摺動相手材との間に相対テーパ角がある場合の接触の様子 摺動相手材とはじめに接触する接触部の高さがその他の接触部の高さよりも高い場合の接触の様子 摺動相手材とはじめに接触する接触部の高さが軸方向に連続的に変化する場合の接触の様子 摺動相手材と初めに接触する接触部が複数存在する場合の接触の様子 小端ランド幅と初期スティックトルクの関係 相対テーパ角θと初期スティックトルクの関係 小端ランド幅と平均動摩擦係数の関係 相対テーパ角θと平均動摩擦係数の関係 小端ランド幅と摩耗量の関係 相対テーパ角θと摩耗量の関係
　以下、シンクロナイザーリングを例にとり、発明の実施形態を説明する。
　図１に本発明のシンクロナイザーリングを示す。シンクロナイザーリング１は、黄銅などを材質とした基材２と、その内周面に設けられた摩擦材３とからなる。さらに、摩擦材３には油の流れを円滑にするために周方向に油溝４、さらに、軸方向に縦溝６が形成されていることが好ましい。
　図２にシンクロナイザーリングの摩擦材３と摺動相手材７との接触の様子を示す。シンクロナイザーリングと摺動相手材は互いに異なる周速で回転軸８を中心に同軸回転しており、変速の際には摺動相手材７がシンクロナイザーリングに挿入されると共に摩擦材３に押し付けられ、互いの周速が等しくなるまで摺動接触する。
 本発明の摺動摩擦材は、使用開始時では、摩擦材３と摺動相手材7との摺動面全面のうち一部でのみ接触することを特徴としている。その後、摺動相手材との接触面積が時間の経過と共に全面接触に至るまでの期間を初期なじみ期間という。
 使用開始時は摺動面全面のうち一部のみでしか接触していないため、初期なじみ期間中に耐貼付き性が向上し、時間の経過と共に全面接触すなわち、複数の摺動面5の全面で接触するに至るまで、接触面積が増加するため、摩擦性能、耐摩耗性の低下を抑えることができる。
 ここでいう全面接触とは設計上機能的と認められる摺動面全てで接触する状態をいう。例えば図２では端部の面取り部などは摺動相手材と接触していないが、摺動摩擦面として機能する面は全て摺動相手材と接触しており、全面接触の状態である。一方、使用開始時において、摺動面全面のうち一部でしか接触していない状態とは、機能上必要と認められる摺動面の全てではなく、一部でのみ接触している状態である。例えば図４では機能上必要な摺動面は摺動面５の全てである。しかし、使用開始時においては摺動面５のうちの初期摺動面５’または初期摺動面５’およびその周辺でしか接触せず、摺動面全面のうち一部でしか接触していない状態である。ここで、初期摺動面５’の周辺とは、この初期摺動面５’に隣接する摺動面や、さらにそれと隣接する摺動面等をいう。なお、上記における一部とは通常全摺動面の約１～２０％の範囲である。また、全面接触に至るまでの期間は、好ましくは、使用開始時から、任意の摺動負荷条件にて任意に１０回繰り返し負荷した区間での動摩擦係数の最大値に対する最小値が９８％以上となるまでの期間である。
　初期なじみ期間前において、摩擦材３と摺動相手材７との接触を部分的に制限する方法は様々に考えられるが、例えば下記に示すようなものがある。
　図３は摩擦材３と摺動相手材７との間に相対テーパ角θを設けた物である。即ち、摩擦材３の摺動面５と摺動相手材７の外周面は、それぞれ回転軸８を中心とする円錐面状に形成されているが、両円錐面の回転軸８に対するテーパ角が、上記の相対テーパ角θだけ相違させてある。本例によると、初期なじみ期間前においては、まず複数の摺動面５のうち一部の初期摺動面５’または初期摺動面５’およびその周辺のみで接触する。初期なじみ期間の末期には、摩擦材の摩耗により、次第に図２に示すように複数の摺動面５の全面で接触するようになる。
　前記相対テーパ角θは少なくても１分以上あれば初期なじみ期間の耐貼り付き性を向上させるが、一方４０分を超えると耐摩耗性が低下する。なお、図３ではθは大端面側に開く角度を示しているが、逆に小端面側に開く角度であってもかまわない。
　図４は摺動相手材との摺動面のうち、各動作時において初めに接触する部位を含む初期摺動面５’の高さが、その他の摺動面５よりも相対的に高くなっているものである。ここで、摺動面５や初期摺動面５’の高さとは、対面する摺動相手材７の外周面に対する高さである。例えば、摩擦材３の基面３’が摺動相手材７の外周面と平行に形成されている場合、この基面３’からの高さをいう。この図４のように初期摺動面５’のみを他の摺動面よりも相対的に高くすると、初期なじみ期間においては初期摺動面５’のみが摺動相手材７と接触する。上記の相対テーパ角を設けるのと同様に、初期なじみ期間において、摩擦材３と摺動相手材７との接触を部分的に制限することが出来る。初期摺動面５’と全摺動面のうち最も低い摺動面５との高さの差ΔＨは少なくても０．０１ｍｍ以上あれば、初期なじみ期間の耐貼付き性を向上させる。
　また、図５や図６に示すようにはじめに接触する接触部の高さが軸方向に連続的に変化する物でもよい。この場合は、初期なじみ期間においては初期摺動面５’または初期摺動面５’およびその周辺のみが摺動相手材７と接触する。尚、使用開始時において、各動作時において接触を部分的に制限する方法は、上記の例示に限らない。
　上記の構成により、使用開始時において摩擦材３と摺動相手材７の接触を部分的に制限することができ、この部分的な接触面積が狭いほど耐貼付きは向上するが、一方耐摩耗性は低下する。特に、摩擦材３と摺動相手材７とが初めに接触する部位を含むランドの軸方向接触幅は０．１ｍｍを下回ると耐摩耗性が低下し、１．０ｍｍを超えると初期なじみ期間の耐貼り付き性が低下する。耐貼付き性向上のためのより好ましい値は０．７ｍｍ以下である。ここでいうランドとは油溝の形成により相対的に生じる凸部、または全摺動面のなかで部分的に凸状に盛り上がっている部位のことである。なお、このランドのうち、上記の初期摺動面５’のランドの軸方向幅は、他の摺動面５のランドの軸方向幅よりも狭くしてあると好ましい。
　摩擦材３の成分は公知の技術より、それぞれ下記に示す特性を持つことが知られている。
　フェノール樹脂は摩擦材の各成分のバインダーとしての役目をし、摩擦材の剛性を高める。フェノール樹脂が５ｗｔ％未満になると、摩擦材の剛性が低下する。４０ｗｔ％を超えると、摩擦材の動摩擦係数を大きくすることができない。
　炭素材は耐熱性に優れており、摩擦材の耐熱性を向上させる。炭素材が３０ｗｔ％未満になると摩擦材の耐熱性が低下し、８０ｗｔ％を超えると摩擦材の剛性が低下する。
　無機繊維と無機粒子はバインダーとしてのフェノール樹脂を補強する。無機繊維または無機粒子が５ｗｔ％未満になると、無機繊維または無機粒子はフェノール樹脂を補強できない。４０ｗｔ％を超えると摩擦材の柔軟性が損なわれ、摩擦材層は相手部材を摺り減らす。
　金属繊維と金属粒子は制動摩擦熱によって摩擦材の動摩擦係数が小さくなることを防止する。金属繊維または金属粒子が５ｗｔ％未満になると、摩擦材の動摩擦係数が小さくなる。４０ｗｔ％を超えると、シンクロナイザーリングが、相手部材に凝着する恐れがある。
　以下、実施例を用いて本発明を説明する。
　図１に示すように、シンクロナイザーリング１は、黄銅などを材質とした基材２と、その内周面に設けられた摩擦材３とからなる。基材２は前記材質のリング状素材を熱間鍛造により荒成形し、さらに機械加工により所望の形状に成形する。摩擦材はフェノール樹脂１５ｗｔ％、炭素材としてカルサインコークス６５ｗｔ％、無機繊維としてウオラスナイト２０ｗｔ％を混合し、予め接着剤塗布した基材２の内周面にこの混合物を接触させて焼成する。
　焼成の方法は、予めブラスト等で下地処理したリング状構造体の内周面を、アルコール等で洗浄後、フェノール系樹脂やエポキシ系樹脂に代表される熱硬化性タイプの接着剤を塗布する。次に、恒温槽等に該リング状構造体を投入し、７０～１２０℃の雰囲気下で１０～３０分間保持させ、該接着剤を乾燥する。次に、該リング状構造体を成形用金型の下型内に組み込み、その後、該リング状構造体の内周面と中子の外周面にて形成されるキャビティ内に摩擦材を投入・充填させ、さらに一般公知の油圧プレス機等で上型のパンチにて該摩擦材を圧縮させ、常温から５０℃以内の金型温度内で仮成形を行う。次に、予め１８０～３００℃に設定された一般公知の直圧成型機の熱盤上に該成形用金型を設置し、５～３０分間焼成（加熱・加圧成形）して、リング状構造体と摩擦材層を一体化成形する。
　さらに、焼成された摩擦材に図３の断面図に示すように機械加工を施す。摺動面の軸に対するテーパ角は７°＋θとする。ここでθは摩擦材３と、摺動相手材である相手歯車円錐部７との間の相対テーパ角である。さらに周方向に油溝を複数成形し、図１に示すような縦溝６も成形する。
　次に本実施例に係るシンクロナイザーリング用摺動摩擦材の各テスト結果を説明する。
（耐スティック性）
　耐スティック性（相対回転角が限りなくゼロに近い領域において円錐摺動面を有する相手歯車への貼付き性の抑制度合）の評価は、慣性吸収式の試験モードによるシンクロ単体ラッピングテストにより行った。
　シンクロ単体ラッピングテストとは、シンクロ単体試験機を使用し、常温（３０℃）のミッションオイル（油種；ホンダＭＴＦ‐III）を油量３０ｍｌ／ｍｉｎの潤滑環境下の中で、慣性重量を０．００１ｋｇｆ・ｍ・ｓｅｃ２に設定し、差回転数５００ｒｐｍで回転するテーパ状の相手部材（名称；ギヤコーン、材質；ＳＣＭ４２０、熱処理；浸炭焼入れ・焼戻し、テーパ面；研削加工）に対し、シンクロナイザーリング１を油圧制御にて５００Ｎの押付力で繰り返して押し付けた際のスティックトルクの推移を測定するテストである。スティックトルクとは、差回転数を吸収して同期した後、再び設定した差回転数までテーパ状の相手部材を立ち上げようとした瞬間にシンクロナイザーリング１がテーパ状の相手部材に対し貼付いていた力を解除するトルクを意味する。本シンクロ単体ラッピングテストにおける耐スティック性の評価は、５０回までのスティックトルクの最大値で示される「初期スティックトルク」で行った。
　図７、８にそれぞれ一番小端面側に存在するランドの軸方向幅（小端ランド幅）と初期スティックトルクの関係、相対テーパ角θと初期スティックトルクの関係を示す。ここで、ランドとは油溝の形成により相対的に生じる凸部のことであり、本実施例において小端ランド幅は、摺動相手材とはじめに接触する接触部を含むランドの軸方向接触幅となる。図７に示すように小端ランド幅が狭くなるにつれて、初期スティックトルクは減少している。特に１ｍｍ以下で初期スティックトルク減少量は大きく、さらに０．７ｍｍ以下ではその効果はより顕著となる。また、図８に示すように相対テーパ角θが大きくなるにつれて初期スティックトルクは減少し、特に１分以上でその効果は大きい。
（摩擦性能）
　摩擦性能の評価は、慣性吸収式の試験モードによるシンクロ単体性能テストで行った。本シンクロ単体性能テストとは、シンクロ単体試験機を使用し、油温８０℃のミッションオイル（油種；ホンダＭＴＦ‐III）を油量８０ｍｌ／ｍｉｎの潤滑環境下中で、慣性重量を０．００２ｋｇｆ・ｍ・ｓｅｃ２に設定し、差回転数１５００ｒｐｍで回転するテーパ状の相手部材（名称；ギヤコーン、材質；ＳＣＭ４２０、熱処理；浸炭焼入れ・焼戻し、テーパ面；研削加工）に対し、シンクロナイザーリング１を油圧制御にて５００Ｎの押付力で２００回繰り返し押し付けた際の、２００回目の平均動摩擦係数を測定するテストである。平均動摩擦係数の評価は、差回転数を吸収して同期している間の動摩擦係数を平均化した値で行った。
　図９、１０にそれぞれ小端ランド幅と平均動摩擦係数の関係、相対テーパ角θと平均動摩擦係数の関係を示す。図９に示すように、小端ランド幅が変化しても平均動摩擦係数はほとんど変化しない。また、相対テーパ角θを大きくすると、平均動摩擦係数はやや減少するが大幅な減少は認められない。
（耐摩耗性）
　耐摩耗性の評価は、慣性吸収式の試験モードによるシンクロ単体耐久テストで行った。本シンクロ単体耐久テストとは、シンクロ単体試験機を使用し、油温８０℃のミッションオイル（油種；ホンダＭＴＦ‐III）を油量８０ｍｌ／ｍｉｎの潤滑環境下中で、慣性重量を０．００３ｋｇｆ・ｍ・ｓｅｃ２に設定し、差回転数２５００ｒｐｍで回転するテーパ状の相手部材（名称；ギヤコーン、材質；ＳＣＭ４２０、熱処理；浸炭焼入れ・焼戻し、テーパ面；研削加工）に対し、シンクロナイザーリング１を油圧制御にて５００Ｎの押付力で１００００回繰り返し押し付けた際の、摩耗量を測定するテストである。摩耗量の評価は、テスト終了後のギヤセット状態での落ち込み量で行った。
　図１１、１２にそれぞれ小端ランド幅と摩耗量の関係、相対テーパ角θと摩耗量の関係を示す。図１１に示すように小端ランド幅が狭くなると、摩耗量は大きくなっており、特に０．１ｍｍを下回ると摩耗量は急激に増加する。また図１２に示すように相対テーパ角θが大きくなると、摩耗量は増大し、特に４０分を超えると摩耗量は急激に増加する。
　本発明に係る摺動摩擦材は、摩擦性能、耐摩耗性、および耐貼付き性に優れた摺動摩擦材として有用である。
　１・・・シンクロナイザーリング
　２・・・基材
　３・・・摩擦材
　３’・・摩擦材の基面
　４・・・周方向油溝
　５・・・摺動面
　５’・・初期摺動面
　６・・・縦溝
　７・・・相手歯車の円錐部
　８・・・回転軸
　θ・・・摩擦材と相手歯車円錐部の相対テーパ角
　ΔＨ・・・摺動相手材とはじめに接触する接触部の高さとその他の接触部の高さとの差

Claims (10)

  1.  摺動相手材との摺動面のうち、使用開始時に摺動相手材の摺動面と一部分のみで接触し、初期なじみ期間に摺動相手材との接触面積が時間の経過と共に全面接触に至るまで増加することを特徴とする摺動摩擦材。
  2. 　初期なじみ期間前の前記摺動相手材の摺動面に対する前記摺動摩擦材の摺動面の相対的な角度が１～４０分であることを特徴とする請求項１に記載の摺動摩擦材。
  3. 　初期なじみ期間前の前記摺動相手材と最初に接触する前記摺動摩擦材の摺動面の高さが、前記摺動摩擦材の全摺動面のうち最も低い摺動面よりも０．０１ｍｍ以上高いことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の摺動摩擦材。
  4. 　前記摺動摩擦材表面に溝が形成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の摺動摩擦材。
  5. 　前記摺動摩擦材が成分として、摺動摩擦材成分全体に対してフェノール樹脂５～４０ｗｔ％を含むことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の摺動摩擦材。
  6. 　前記摺動摩擦材が成分として、さらに摺動摩擦材成分全体に対して炭素材３０～８０ｗｔ％、無機繊維または無機粒子５～４０ｗｔ％、および所望により金属繊維または金属粒子５～４０ｗｔ％を含み、これらの合計量が摺動摩擦材成分全体に対して１００ｗｔ％または１００ｗｔ％未満であることを特徴とする請求項５に記載の摺動摩擦材。
  7. 　前記摺動摩擦材がシンクロナイザーリング用摩擦材であることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の摺動摩擦材。
  8. 　前記摺動摩擦材の摺動相手材の摺動面と初めに接触する部位を含むランドの軸方向幅が０．１～１．０ｍｍ、より好ましくは０．１～０．７ｍｍであることを特徴とする請求項7に記載の摺動摩擦材。
  9. 　摺動相手材との摺動面のうち、使用開始時に摺動相手材の摺動面と一部分のみで接触し、摺動相手材との接触面積が時間の経過と共に全面接触に至るまで増加するシンクロナイザーリング用摺動摩擦材において、初期なじみ期間前の前記摺動相手材の摺動面に対する前記摺動摩擦材の摺動面の相対的な角度が１～２０分であり、前記摺動摩擦材表面に周方向の溝が形成されており、前記摺動摩擦材の摺動相手材の摺動面と初めに接触する部位を含むランドの軸方向幅が０．１～０．７ｍｍであり、前記摺動摩擦材が成分として、摺動摩擦材成分全体に対してフェノール樹脂５～４０ｗｔ％を含み、さらに摺動摩擦材成分全体に対して炭素材３０～８０ｗｔ％、無機繊維または無機粒子５～４０ｗｔ％、および所望により金属繊維または金属粒子５～４０ｗｔ％を含み、これらの合計量が摺動摩擦材成分全体に対して１００ｗｔ％または１００ｗｔ％未満であることを特徴とするシンクロナイザーリング用摺動摩擦材。
  10. 　前記摺動摩擦材の摺動相手材の摺動面と初めに接触する部位を含むランドの軸方向幅が、前記摺動摩擦材の摺動相手材の摺動面と初めに接触する部位を含むランド以外のランドの軸方向幅より狭いことを特徴とする請求項９に記載の摺動摩擦材。
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